- 對某以太網設備進行長時間的溫度循環測試, 利用SmartBits (SmartBits 設備, 是由Spirent公司開發的, 用千以太網數據流量測試的設備。)對設備連續地、全速率地發送以太網數據包, 測試人員發現一個奇怪的現象, 設備在白天的測試中, 均無丟包現象, 夜間設備繼續運行, 但是第二天一早就會發現已發生丟包。
- 【討論】該設備的用戶接口是百兆以太網接口, 利用5類非屏蔽雙絞線與SmartBits連接, 由千 端口數目較多, 線纜布線較雜, 存在線纜被實驗室管理員挪動的可能, 在挪動過程中, 可能導致丟數據包。 經與管理員確認, 這種可能被排除。
溫度循環測試是指, 通過對溫箱溫度曲線的控制, 以實現調整產品工作所處環境溫度 的目的。 在這個測試中, 溫度曲線如圖所示。
- 循環測試一個周期共26h Ch: 小時), 分為六個階段。 第一階段是用4h均勻地從25°C降溫到-5°C, 第二階段是在-5°C保持 5h, 第三階段用4h均勻地從-5°C升溫到 25°C, 第四階 段用4h均勻地從25 °C升溫到55℃, 第五階段是在55°C保持5h, 第六階段是用4h從55'C 降溫到25°C。 在這個過程中,產品不間斷地全速運行。
- 測試人員每天清早 9 點鐘開始一個周期的測試, 到下午 6 點下班前檢查丟包情況, 沒 有發現丟包, 第二天清早9點檢查, 發現已經出現丟包現象。
頭天清早 9 點到下午 6 點, 循環測試正好完成了頭兩個階段, 從夜間到第二天早上 9點, 完成第三、 四、 五階段以及第六階段的一半, 即丟包現象總是發生在后四個階段。 而后四個階段有兩個特點: 一是升溫, 二是高溫。 - 在高溫55 °C下, 測量單板上與PHY相關的信號完整性和時序, 沒有發現問題。
- 利用SmartBits對以太網產品進行流量測試, 有兩個原因可能丟數據包: 一個是產品本身存在缺陷;另 一個是SmartBits的晶振頻率快于以太網產品上PHY使用的晶振。
- 在高溫下進行大量測試后, 可基本排除產品缺陷造成丟數據包的可能性。 以下主要討論晶振快慢對數據傳輸的影響。
SmartBits 是用千以太網性能測試的設備, 在本案例中, 其作用是以線速 的速度產生以太網數據包, 并發送給以太網交換機, 以太網交換機 收到數據包后, 在內部轉發, 最終又將所有數據包發回SmartBits。SmartBits通過檢測發出的數據包數目和接收的數據包數目是否相等, 來判斷是否發生了丟包。
如圖2所示, 假設SmartBits上的ICl是負責收發數據包的芯片, 數據包到達以太網設備, 完成業務后,通過芯片PHY 1發送回SmartBits。 在這個過程中,SmartBits上的IC 1 是基于晶振OSC 1收發數據包, 而以太網設備的PHY 1是基千晶振OSC 2收發數據包,由于雙方采用的不是同一 顆晶振 , 在頻率上必然有一定的差別。 假設OSC 1和OSC 2都是25MHZ(誤差士50ppm)的晶振(ppm指百萬分之一,此處,50ppm的誤差即 為50Hz), 雖然標稱頻率和精度完全一 樣, 但實際振蕩頻率并不完全一樣。 利用頻率計測量, 在室溫下,OSC 1的頻率是25.000050mhz, 即25mhz ( 誤差+2ppm) : OSC 2的頻率是25.000100MHz, 即25MHz(誤差+ 4ppm)。OSC 2略微快千OSC 1即以太網設備上 PHY 1 的工作速率高千SmartBits 上 IC 1 的工作速率, 因此在常溫下, 以太網設備有能力將 SmartBits發送來的數據包接收下來, 并全部發回。
白天的測試 從不丟包, 分析溫度循環曲線圖可知, 白天的測試包括常溫和低溫兩種情況,在測試中, 只有以太網設備被放置在溫箱中, 而SmartBits 一直工作在室溫環境, 在低 溫-5°C下測量OSC 2的頻率為25.000300MHz, 即25M比(誤差+12ppm), 高千OSCl室溫 下的頻率25M(誤差+2ppm),因此, 在低溫下, 以太網設備同樣有能力將SmartBits 發 送來的數據全部發回。
丟包現象都是發生在夜間, 夜間的測試包括低溫、 常溫、 高溫三個階段,通過前面的測試已經證實, 低溫和常溫條件下,OSC2的頻率都快于OSC 1,因此主要考慮高溫的情況。在55°C, 測量 OSC 2的頻率為24.999825M:,即25MHz(誤差-7ppm), 慢于 OSC 1, 在這種情況下, 以太網設備沒有足夠的能力將SmartBits發送來的數據包全部發回,
即對千以太網設備而言, 接收到 的數據包始終多于能發送出去的數據包, 必然造成丟包。
根據以上分析得到結論, 夜間丟包的原因是 高溫下OSC 2的速率慢于OSC 1。 為了檢驗這個結論, 設計者將SmartBits 發包速率從全速的 100%調整為 97%, 進行多個溫度循環測試, 沒有發現丟包。 由此證明丟包原因確系高溫下OSC 2速度較慢 。
一般來說, 晶振的輸出頻率隨著環境溫度的變化, 也會有略微的變化,該現象對應晶振的溫度系數,在晶振的規格書中一般可以參考(Frequency Temperature Curve)這一參數 如下圖所示。
晶振頻率偏移-溫度變化曲線以 25°C時晶振的頻率為基準,隨著溫度的降低,輸出頻率將先提高, 再降低;隨著溫度的升高, 輸出頻率將先降低, 再升高。
本例中, 55℃時的晶振輸出頻率相對常溫最多可能降低12ppm。
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